基于描述邏輯的公差自動生成方法研究

彭娟

摘 要 為了使公差信息能夠更好的被計(jì)算機(jī)理解，減少公差規(guī)范設(shè)計(jì)的不確定性，將描述邏輯引入到公差自動生成方法的研究中。本文首先分析了基于描述邏輯的自動生成方法在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后簡單介紹了描述邏輯相關(guān)知識，最后提出基于描述邏輯公差自動生成研究思路

關(guān)鍵詞 描述邏輯 公差 自動生成

1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

要解決公差信息的自動生成問題，首先就要讓計(jì)算機(jī)理解它所表示的公差信息。針對公差信息尤其是幾何公差信息在計(jì)算機(jī)中的表示問題，許多國內(nèi)外學(xué)者們都提出了各自的解決方案，在這些方案中構(gòu)建了各自的公差信息表示模型。歸結(jié)起來，可分為如下幾大類：

（1）基于面圖的模型。該類模型將零件的幾何結(jié)構(gòu)作為基本結(jié)構(gòu)，幾何要素、面、邊、頂點(diǎn)等作為結(jié)點(diǎn)，公差和參考基準(zhǔn)作為結(jié)點(diǎn)的屬性。該類模型的典型實(shí)例公差圖模型、面向虛擬裝配的模型。該類模型僅僅提供了公差符號，沒有解決公差語義和關(guān)系的表達(dá)問題。

（2）基于變動幾何的模型。該類模型使用若干個(gè)參數(shù)來表示幾何體的形狀，用尺寸參數(shù)的微小變化來表示公差。如由小位移旋量、虛擬邊界來表示，變動幾何約束網(wǎng)絡(luò)的方法，基于特征技術(shù)與拓?fù)湎噙B表面。變動幾何模型雖然表示了形體之間的關(guān)系，但沒有表示可變幾何。

（3）結(jié)構(gòu)化模型。在GD&T（Geometrical Dimensionaland Tolerancing）中，應(yīng)用得最為廣泛的結(jié)構(gòu)化模型為TTRS模型。TTRS模型的最大特色在于對CAD系統(tǒng)所提供的幾何信息進(jìn)行了重新組織，以便于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)公差類型的自動生成。但它在實(shí)現(xiàn)時(shí)主要考慮了拓?fù)浔砻嫔系年P(guān)聯(lián)，未真正考慮技術(shù)表面上的關(guān)聯(lián)。

（4）基于數(shù)學(xué)定義的模型。該類模型結(jié)合公差的工程語義給出各種公差的數(shù)學(xué)定義。基于數(shù)學(xué)定義的模型很好地解決了公差語義的表達(dá)和區(qū)分各種公差之間的關(guān)系問題，且便于實(shí)際應(yīng)用。然而，采用該類模型開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要較多的人機(jī)交互，故在自動程度上低于TTRS模型。

（5）其它模型。當(dāng)前，部分學(xué)者試圖研究采用一些全新的技術(shù)來構(gòu)建公差表示模型，這些技術(shù)包括XML、廣義區(qū)間、模糊邏輯及描述邏輯等。國內(nèi)桂林電子科技大學(xué)的學(xué)者鐘艷如、覃裕初、王冰清等提出了基于描述邏輯（DescriptionLogic）的公差類型、公差規(guī)范、公差帶的自動生成方法。這些公差表示模型將一些實(shí)用的技術(shù)引入了公差表示，在一定程度上解決了公差信息在異構(gòu)系統(tǒng)之間的傳遞問題。但是，它們在應(yīng)用時(shí)仍然需要大量的人工干預(yù)。

2描述邏輯簡介

描述邏輯是知識表示的一種形式化語言，適合表示關(guān)于概念和概念層次結(jié)構(gòu)的知識，因此叫做概念表示語言和術(shù)語邏輯。描述邏輯統(tǒng)一了大家所熟悉的基于框架、語義網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο蟮谋硎疽约罢Z義數(shù)據(jù)模型系統(tǒng)的邏輯基礎(chǔ)，并給出一種形式化的、基于邏輯的語義。描述邏輯的基本構(gòu)建是概念、關(guān)系和個(gè)體。概念描述了一個(gè)個(gè)體集合的共同屬性，并且可將概念解釋為對象集的一元謂詞，將關(guān)系解釋為對象之間的二元關(guān)系。

描述邏輯的特點(diǎn)在于，將大量的構(gòu)造符作用到簡單概念上，從而建立更多復(fù)雜的概念。另外，描述邏輯將推理作為中心服務(wù)，既從知識庫顯式包含的知識推導(dǎo)出隱含表示的知識。描述邏輯注重關(guān)鍵推理服務(wù)的可判定性，并且提供了可靠的、完備的推理算法。其主要的推理有分類、可滿足性問題、包含關(guān)系以及實(shí)例檢測。

3基于描述邏輯公差自動生成研究思路

基于描述邏輯公差自動生成研究思路是：根據(jù)幾何產(chǎn)品的空間拓?fù)潢P(guān)系，構(gòu)建出一種新的空間描述邏輯—公差描述邏輯TDL。開發(fā)公差描述邏輯TDL推理機(jī)，構(gòu)建基于描述邏輯的公差信息生成知識庫系統(tǒng)。

3.1公差描述邏輯TDL的構(gòu)建

首先，分析公差信息表示的需求，并根據(jù)需求定義描述邏輯中空間關(guān)系的語法和語義。在定義空間關(guān)系時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意增加擴(kuò)充空間關(guān)系構(gòu)造子，使之能夠表示CAD系統(tǒng)的空間圖元和拓?fù)潢P(guān)系。其次，設(shè)計(jì)TDL公式的可滿足性判定算法。針對TDL的可判定性問題，直接設(shè)計(jì)TDL的可判定性算法，再證明算法的可終止性、可靠性和完備性。最后，分析判定算法的復(fù)雜度。若TDL公式的可滿足性問題是可判定的，則直接分析判定算法的復(fù)雜度。否則，利用公差表示領(lǐng)域?qū)＜抑R，引導(dǎo)推理過程，設(shè)計(jì)推理時(shí)的限定規(guī)則，以保證推理問題的可判定性。

3.2公差信息的描述邏輯表示

首先，根據(jù)自項(xiàng)向下逐層細(xì)化的研究思路，將裝配體視為多個(gè)零件的集合，再將每個(gè)零件視為多個(gè)裝配特征表面的集合，最后求出裝配特征表面的幾何要素之間的空間關(guān)系，并研究這些空間關(guān)系與公差類型及基準(zhǔn)的內(nèi)在關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用TDL表示這些內(nèi)在關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建公差表示領(lǐng)域的術(shù)語表公理集TBox和公差信息的TDL表示模型。

3.3公差信息的自動生成算法

首先，基于公差信息的TDL表示模型，采用本體描述語言O(shè)WL構(gòu)建公差領(lǐng)域本體。構(gòu)建時(shí)可考慮將裝配體、零件、裝配特征表面、幾何要素等定義為OWL類，將裝配特征表面的幾何要素之間的空間關(guān)系與各種類型的公差定義為OWL對象類型屬性。同時(shí)還應(yīng)注意比較裝配特征表面的兩種劃分方法。其次，基于構(gòu)建的本體，采用語義網(wǎng)規(guī)則語言SWRL定義公差類型及基準(zhǔn)的生成規(guī)則。從公差信息的TDL表示模型中可以得到空間關(guān)系與公差類型的內(nèi)在關(guān)系，先將這些內(nèi)在關(guān)系轉(zhuǎn)化為因果關(guān)系，之后按照類Horn子句的形式寫出這些因果關(guān)系，注意每一個(gè)類Horn子句只允許有一個(gè)后件，故若是因果關(guān)系中有多個(gè)后件，應(yīng)分為多個(gè)類Horn子句給出。最后，根據(jù)構(gòu)建的本體及定義的規(guī)則，設(shè)計(jì)公差類型及基準(zhǔn)的自動生成算法。

4結(jié)語

本文根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及描述邏輯相關(guān)知識分析，最后提出基于描述邏輯公差自動生成研究思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 覃裕初，鐘艷如，常亮，黃美發(fā).基于幾何公差描述邏輯的公差類型的自動生成[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2013，19（7），1490-1499.

[2] 王冰清，鐘艷如，黃美發(fā)，覃裕初.基于描述邏輯的公差規(guī)范的自動生成[J].中國科技論文，2014，9（10），1118-1123.